Устройство для измерения фазовых характеристик фотоприемников

 

Изобретение относится к устройствам для измерения фазовых характеристик фотоприемников. Цель изобретеция - расширение 4 ункциональных возможностей. Устройство содержит генератор, синусоидальный сигнал которого поступает на вход фазовращателя 2, усилитель 3, первый светодиод 7, блок 15 питания, выпрямитель 19, интегратор 22 и первый индикатор 23, подключенный к выходу фотоприёмника 14, при этом в устройство введены второй усилитель 4, первый 5 и второй 6 конденсаторы, второй 8, третий 9 и четвертьш 10 светодиоды, резистор 11, двухполярный источйик 12 питания, оптическая система 13, управляемые интегратор 16 и дифференциатор 17, первый 18 и второй 21 дифференциальные усилители, второй вьтрямитель 20, дополнительный индикатор 25 и фазометр 24. Измерение фазы сигнала с изменяющейся амплитудой сопряжено с появлением фазоамплитудных погрешностей (ФАП). Процесс автоматической балансировки входньк напряжений ФАП будет продолжаться до тех пор, пока разность уровней на выходах первого и второго вьтрямителей не станет настолько малой, что их разность перестанет изменять заряд и выходное напряжение интегратора 22. Тогда его выходное напряжение будет обеспечивать квазистационарное состояние системы регулирования,т.е. будет обеспечена балансировка амплитуд сигналов на входах фазометра 24, что уменыпит погрешности последнего . 1 ил. о С/ с к 4 К s N К

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„Я0„„1242722 (51) 4 G 01 J 1/44

А1

ВСЕСОЮ Ill

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ МЬ3i49ThliA

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3848095/24-25 .(22) 11.01.85 (46) 07.07.86. Бюл. Ф 25 (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) Н.В.Шиянов (53) 535.24(088.8) (56) Потапов А.M. и др. Исследование частотных характеристик ФЭУ при помощи инжекционных источников света

ПТЭ, 1969, || 5, с. 145.

Авторское свидетельство СССР

В 960548, кл. С 01 J 1/44, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК ФОТОПРИЕМНИКОВ (57) Изобретение относится к устройствам для измерения фазовых характеристик фотоприемников. Цель изобре тения — расширение .,функциональных возможностей. Устройство содержит генератор, синусоидальный сигнал которого поступает на вход фазовращателя 2, усилитель 3, первый светодиод 7, блок 15 питания, выпрямитель

19, интегратор 22 и первый индикатор . 23, подключенный к выходу фотоприемника 14, при этом в устройство введены второй усилитель 4, первый 5 и второй 6 конденсаторы, второй 8, третий 9 и четвертый 10 светодиоды, резистор 11, двухполярный источник 12 питания, оптическая система 13, управляемые интегратор 16 и дифференциатор 17, первый 18 и второй 21 дифференциальные усилители, второй выпрямитель 20, дополнительный индикатор 25 и фаэометр 24, Измерение фазы сигнала с изменяющейся амплитудой сопряжено с появлением фаэоамплитудных погрешностей (ФАП). Процесс автоматической балансировки входных напряжений ФАП будет продолжаться до тех пор, пока разность уровней на выходах первого и второго выпрямителей не станет настолько малой, что их разность перестанет изменять заряд и выходное напряжение интегратора 22. Тогда его выходное напряжение будет обеспечивать квазистационарное состояние системы регулирования,т.е. будет обеспечена балансировка амплитуд сигналов на входах фазометра 24, что уменьшит погрешности последнего. 1 ил.

124272?

Первый индикатор 23 соединен с выходом фотоприемника 14, первый вход

45 фаэометра 24 подключен к выходу управляемого интегратора 16, Вход дополнительного индикатора 25 соединен с выходом интегратора 22, Устройство работает следующим об" разом.

Синусоидальный сигнал генератора

1 поступает на вход фазовраи(ателя 2, взаимный сдвиг фаз выходных сигналов которого составляет 180 ".

Указанные сигналы с первого и второго выходов фазовращателя 2 подаются на первый 3 и второй 4 усилители

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть наиболее эффективно использовано для исследования как фаэочастотных, так и фазоамплитудных характеристик фотоприемников (ФП).

Цель изобретения — расширение функ циональных возможностей путем измерения фазоамплитудных характеристик фотоприемников. 10

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит генератор 1, соединенный с входом фазовращателя 2, первый и второй выходы которого под- 15 ключены к входам первого 3 и второго

4 усилителей соответственно. Выходы последних через первый 5 и второй 6 конденсаторы подключены к параллельно соединенным ветвям, содержащим первый 7, второй 8, третий 9 и четвертый 10 светодиоды, а точки соединения светодиодов соединены с помощью резистора 11, к выводам которого подключен также двухполярный источник 25

12 тока. Излучающие поверхности светодиодов оптически связаны через оптическую систему 13 с входом фотоприемника 14, к режимному входу которого подключен блок 15 питания. 30

Выход ФП соединен с входом управляемого интегратора 16. Управляемый дифференциатор 17 подключен входом к выходу первого дифференцйального усилителя 18. Выходы управляемых интег- > ратора 16 и дифференциатора 17 через первый 19 и второй 20 выпрямители соединены с первым и вторым входами второго дифференциального усилителя

21, выход которого через интегратор

22 подключен к управляющим входам управляемых интегратора 16 и дифференциатора 17. соответственно. При положительном полупериоде сигнала на выходе первоro усилителя 3 ток протекает по цепи: первый (разделительный) конденсатор

5, выход второго усилителя 4. При отрицательном полупериоде выходного сигнала на первом усилителе 3 полярность выходного сигнала второго усилителя 4 положительная, а выходной ток протекает по цепи второй конденсатор 6, третий светодиод 9, резистор 11, четвертый светодиод 10, первый конденсатор 5, выход первого усилителя 3.

Благодаря тому, что в рассмотренной схеме оба полупериода сигнала генератора 1 создают только положительные смещения рабочей точки на вольт-амперных характеристиках (ВАХ) пар диодов 7, 8 и 9, 10 значительно улучшается симметричность огибающей генерируемого оптического сигнала, Дополнительное смещение начальной рабочей точки указанных диодов на линейный участок ВАХ с помощью двухполярного источника 12 тока снижает уровень не только четных, но и нечетных гармонических составляющнх. Использование расщепления фазы совместно с последующим усилением противофазных сигналов в усилителях 3 и

4 приводит к снижению уровня второй гармоники, возникающей в указанных усилителях.

Значение начального тока ВАХ, задаваемого двухполярным источником

12 тока, должно быть приблизительно равно амплитуде синусоидального тока, протекающего по парам 7, 8 и 9, 10 светодиодов.

Технологический разброс световых характеристик пар светодиодов 7, 8 и 9, 10 может быть скомпенсирован соответствующим подбором коэффициентов передач первого 3 и второго 4 усилителей по минимуму коэффициента гармоник на выходе ФП 14 °

Однократной регулировкой резистора 11 достигаются наибольшая симметричность оптического сигнала и минимальный уровень второй гармоники огибающей оптического сигнала. Значение сопротивления резистора 11 должно быть в 2-10 раз больше прямого сопротивления используемых светодиодов °

Оптическое излучение светодиодов:

7 — 10 совместно поступает на исследуемый фотоприемник 14 Блоком 15 пита—

1242722

1О

25

55 ния задаются определенные режимы работы ФП, связанные с конкретной постановкой задачи эксперимента. Изменением напряжений достигается регулировка усиления ФП. Последнее приводит к изменению уровня сигнала на его выходе.

Измерение фазы сигнала с изменяющейся амплитудой сопряжено с появлением фазоамплитудных погрешностей (ФАП) фазометра. Указанная особенность свойственна всем типам фазометров и.может привести к появлению значительных дополнительных ошибок измерений.

Для исключения укаэанной составляющей погрешности обработка сигналов схеме ведется следующим образом.

Выходные напряжения первого 3 и второго 4 усилителей поступают на аифференциальный усилитель 18. Вычитание указанных сигналов позволяет получить симметричное, свободное от второй гармоники усилителей 3 и 4, напряжение, используемое в дальнейшем для формирования опорного сигнала фазометра 24. На опорный вход фазометра 24 поступает сигнал управляемого дифференциатора 17. Управляемые интегратор 16 и дифференциатор 17 выполняются на основе простых интегрирующей и дифференцирующей RC-цепей, которые могут быть развязаны со стороны входа и выхода повторителями напряжения. Управление RC-цепями заключается в регулировке сопротивлений резисторов, которая приводит к изменению коэффициента передачи RC-цепей.

Последнее создает возможность выравнивания амплитуд сигналов на входах фазометра 24.

При согласованном изменении резисторов интегрирующей и дифференцирующей цепей изменяется коэффициент передачи RC-цепей, а взаимный фазовый сдвиг остается неизменным и равным

ff/2. Расчет погрешностей, связанных с невозможностью обеспечить идеальное равенство резисторов, показывает, что для получения погрешности, не превышающей О, 12, можно выполнить указанные сопротивления дискретно переключаемыми из резисторов, подобранных с точностью не хуже 0,57, либо испольэовать прецизионные сдвоенные резисторы. Выходные сигналы рассмотренных управляемых интеграторов и дифференциатора поступают на основной и опорный входы фазометра 24, а также на первый 19 и второй 20 выпрямители соответственно.

Процесс автоматической балансировки входных напряжений фазометра 24 происходит следующим образом. Выпрямленные напряжения с выходов первого

19 и второго 20 выпрямителей сравниваются во втором дифференциальном усилителе 21, выходной сигнал которого,. представляющий собой усиленную разность указанных напряжений, поступает на интегратор 22. Выходное напряжение,последнего подается на индикатор 25 и управляющие входы управляемых интегратора 16 и дифференциатора 17.

Если в процессе регулировки коэффициент усиления ФП 14 увеличился, возрастет и напряжение на неинвертирующем входе второго дифференциального усилителя 21. При этом растет уровень сигнала на его выходе и выходе интегратора 22.

Увеличивающееся напряжение на управляющих входах управляемых интегратора и дифференциатора приведет к возрастанию их постоянных времени, что в свою очередь обеспечит увеличение коэффициента передачи дифференциатора 17 и некоторое снижение коэффициента передачи интегратора 16.

Процесс регулировки будет продолжаться до тех пор, пока разность уровней на выходах первого 19 и второго 20 выпрямителей не станет настолько малой, что их усиленная разность перестанет изменять заряд и выходное напряжение интегратора 22.

Тогда его выходное напряжение будет обеспечивать квазистационарное состояние системы регулирования. В качестве управляемых резисторов, управляемых интегратора и дифференциатора возможно использование согласованных полевых транзисторов в режиме управляемых сопротивлений, либо сдвоенных резисторов, установленных на оси двигателя постоянного тока. Связи: второй интегратор 22 — управляющие входы управляемого дифференциатора

17 и интегратора 16 могут быть реализованы и самим оператором в случае некритичности требований к быстродействию устройства в целом. При этом задача оператора сводится к нахождению таких постоянных времени ин1242722 тегрирующей и дифференцирующей цепеи, при которых наблюдаются наименьшие показания индикатора 25.

Указанные цепи обеспечивают балансировку амплитуд сигналов на входах фазометра 24, минимизируя тем самым фазоамплитудные погрешности последнего.

Рассмотренная совокупность блоков в реальных конструкциях геометрически всегда отделена от блоков генерации оптического излучения. Наводки и шумы различного прбисхождения через цепи, связывающие две совокупности блоков, могут образовать помеховую составляющую в опорном канале измерения. Для исключения этого явления опорный сигнал получен путум вычитания сигналов первого 3 и второго 4 усилителей, подаваемых на первый дифференциальный усилитель 18 по двум независимым и экранированным цепям.

Тогда, если управляемый дифференциатор 17 связан с первым дифференциальным усилителем 18 короткой цепью, основной вклад в общий уровень помех будут давать наводки на входные цепи первого дифференциального усилителя 18. Однако в связи с эквивалентностью формы наводимых сигналов на оба входа указанного усилйтеля выходной информатйвный сигнал B значительной мере свободен от рассмотЗ5 ренных помех. Таким образом, структура снижает также влияние помех и наводок на точность измерения фазы.

Для получения фазоамплитудной характеристики ФП необходимо изменять

40 напряжения на электродах ФП с помощью блока 15 питания,.фиксируя одновременно показания фазометра 24. Изменение. режима питания ФП приводит к

45 изменению его чувствительности и уровня выходного сигнала, контролируемого индикатором 23. Полученная зависимость смещения фазы выходного сигнала от уровня напряжения, задаваемого блоком питания, является ис50 комой фазоампдитудной зависимостью.

Предлагаемое устройство позволяет получать зависимости смещения фазы выходного сигнала фотоприемника от уровня входного сигнала, а также от напряжения питания фотоприемника. Фа:30амплитудные характеристики позволяют оценить существенность явления фазоамплитудной конверсии для исследуемых фотоприемников. Кроме того, устройство допускает снятие амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик фотоприемника путем регистрации зависимости фазы и уровня выходного сигнала первым индикатором от частоты синусоидального генератоФормула изобретения

Устройство,ппя измерения фазовых характеристик фотоприемников, с.одер>кащее генератор, усилитель, первый светодиод, блок питания, выпрямитель, интегратор и первый индикатор, подключенный к выходу фотоприемника, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены второй усилитель, фазовращатель, первый и второй конденсаторы, второй, третий, четвертый светодиоды, резистор, двухполярный источник питания, оптическая система, управгяемые интегратор и дифференциатор, первый и второй дифференциальные усилители, второй выпрямитель, дополнительный индикатор и фазометр, причем выход генератора подключен к входу фазовращателя, первый и второй выходы которого подключены соответственно через первый и второй усилители к первым выводам первого и второго конденсаторов, ин вертирующему и неинвертирующему входам первого дифференциального усилителя, соответственно, второй вывод первого конденсатора подсоединен к аноду первого светодиода, включенного последовательно с резистором и вторым светодиодом, причем катод второго светодиода подключен к второму выводу второго конденсатора, катод третьего светодиода соединен с аноqoM первого светодиода, а его анод подключен к аноду второго светодиода, анод четвертого светодиода подключен к катоду второго светодиода, выходы двухполярного источника подключены параллельно резистору, светодиоды через оптическую систему оптически связаны с входом контролируемого фотоприемника, режимный вход которого подключен к блоку питания, а выход— к входу управляемого интегратора, выход первого дифференциального уси1242722

Составитель А.Чурбаков

Техред Н,Бонкало Корректор M.Ìàêñèìèøèíåö

Редактор Н.Тупица

Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3688/36

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 лителя соединен с управляемым дифференциатором, управляющие входы управляемых интегратора и дифференциатора соединены с выходом интегратора и входом дополнительного индикатора» а выходы подключены к входам перв го и втЬрого выпрямителей и входом фазометра соответственно, выходы выпрямителей соединены с первым и вторым входами второго дифференциального усилителя, выходом которого подключен к входу интегратора.